(57)【要約】【課題】シール材と軸体との間での摺動の発生を抑制するとともに、シール材の取り付けおよび取り外しを容易にするシール構造を提供する。【解決手段】第１および第２のハウジング１１，１２から構成され、第１および第２のハウジング１１，１２を貫通する貫通孔１４が形成されたハウジング１０と、貫通孔１４に挿通された軸体２と、軸体２の周りに装着された弾性変形可能な環状のシール材３であって、軸体２の外周面と、貫通孔１４の、第１および第２のハウジング１１，１２での各内周面部分とに圧接されて保持され、弾性変形した状態でハウジング１０内に収容されたシール材３と、を有し、軸体２とハウジング１０との間に、軸体２が軸方向に沿って往復移動することに伴うシール材３の弾性変形を許容する逃げ空間１６が形成され、シール材３は、軸体２の往復移動時に軸体２との接触面がその軸体２と共に移動するように変形可能に構成されている。【選択図】図１
2013064482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のハウジングと、該第１のハウジングに取り外し可能に固定された第２のハウジングとから構成され、前記第１のハウジングと前記第２のハウジングとを貫通する貫通孔が形成されたハウジングと、
前記貫通孔に挿通された軸体と、
前記軸体の周りに装着された弾性変形可能な環状のシール材であって、前記軸体の外周面と、前記貫通孔の、前記第１のハウジングでの内周面部分および前記第２のハウジングでの内周面部分とに圧接されて保持され、弾性変形した状態で前記ハウジング内に収容されたシール材と、を有し、
前記軸体と前記ハウジングとの間に、前記軸体が軸方向に沿って往復移動することに伴う前記シール材の弾性変形を許容する逃げ空間が形成され、前記シール材は、前記軸体の前記往復移動時に前記軸体との接触面が該軸体と共に移動するように変形可能に構成されている、シール構造。
【請求項２】
前記貫通孔の前記内周面には、前記第１のハウジングと前記第２のハウジングとの境界に沿って溝が形成され、
前記シール材が、前記軸体の外周面と、前記溝の、前記第１のハウジングでの壁面部分および前記第２のハウジングでの壁面部分とに圧接されて保持され、
前記軸体の外周面と前記貫通孔の前記内周面との間に、前記逃げ空間として機能する隙間が形成されている、請求項１に記載のシール構造。
【請求項３】
前記溝は、断面がＶ字状に形成され、前記溝の一方の側面は、前記第１のハウジングの前記境界部分に形成されたテーパ面から構成され、前記溝の他方の側面は、前記第２のハウジングの前記境界部分に形成されたテーパ面から構成され、
前記シール材は、前記軸体の外周面と前記溝の前記両側面とに圧接されて保持されている、請求項２に記載のシール構造。
【請求項４】
前記貫通孔の内周面には、前記第１のハウジングと前記第２のハウジングとの境界に沿って、前記逃げ空間として機能する凹溝が形成され、
前記シール材が、前記軸体の外周面と、前記凹溝の、前記第１のハウジングでの底面部分および前記第２のハウジングでの底面部分とに圧接されて保持され、前記凹溝内に収容されている、請求項１に記載のシール構造。
【請求項５】
前記シール材が中空の環状部材である、請求項１から４のいずれか１項に記載のシール構造。
【請求項６】
前記シール部材が、弾性率が低い材料で形成された中実の環状部材である、請求項１から４のいずれか１項に記載のシール構造。
【請求項７】
前記シール材は、軸方向に沿った断面が円形状である、請求項５または６に記載のシール構造。
【請求項８】
前記シール材は、軸方向に沿った断面が該軸方向に延びる長円形状または半月形状である、請求項５または６に記載のシール構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シール構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ハウジングに挿通された軸体が軸方向に沿って往復移動できるように、軸体とハウジングとの間をＯリングなどのシール材でシールするシール構造が知られている。図６は、このようなシール構造の構成例を示す断面図である。
【０００３】
シール構造１０１は、軸体１０２と、ハウジング１１０とを有している。ハウジング１１０は、上部ハウジング１１１と、固定ねじ１１３によって上部ハウジング１１１に取り外し可能に固定された下部ハウジング１１２とから構成されている。ハウジング１１０には貫通孔１１４が形成され、軸体１０２は、この貫通孔１１４に挿通されている。さらに、シール構造１０１は、軸体１０２とハウジング１１０との間をシールするＯリング１０３を有している。また、軸体１０２とハウジング１１０との間には、Ｏリング１０３に隣接してバックアップリング１０４が設けられ、上部ハウジング１１１と下部ハウジング１１との間には、上部ハウジング１１１と下部ハウジング１１との間をシールするＯリング１０５が設けられている。
【０００４】
このシール構造１０１では、軸体１０２が軸方向に沿って往復移動すると、軸体１０２とＯリング（シール材）１０３との間で摺動が生じる。このことは、シール材１０３の摩耗を引き起こし、シール材１０３の寿命の低下と、ひいては稼働時間の低下につながってしまう。
【０００５】
一方で、メンテナンスのためには、シール構造を分解して清掃作業を行う必要がある。しかしながら、シール材であるＯリングは、常に軸体で拡張されており、その取り付けおよび取り外しには熟練と時間が必要である。また、各部をシールするために、Ｏリングやバックアップリングなど複数の部品を使用していると、これらの部品の取り付けおよび取り外しにも時間がかかってしまう。
【０００６】
このように、図６に示す従来のシール構造では、シール材と軸体との間で摺動が発生することと、シール材の取り付けおよび取り外しが容易にできないことが問題となっている。
【０００７】
これらの問題に対して、特許文献１（特に、図７および図８）には、軸体の摺動抵抗を低下させる技術が開示され、特許文献２（特に、図１および図２）および非特許文献１には、シール材の取付性を向上させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−２５６８２３号公報
【特許文献１】特開平０２−０７８４６０号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】日本トレルボルグシーリングソリューションズ株式会社カタログ「ニューマ・シール」、２０１０年、ｐ．３−７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１に記載のシール構造では、軸体とハウジングとの間をシールするシール材として、断面が半円状の中空のシール材を採用している。その結果、軸体との摺動抵抗を減少させることはできるが、その減少は十分とはいえない。また、このシール材は、軸体またはハウジングに対して特定の位置関係で配置されなければならず、その取り付けおよび取り外しには熟練が必要となる。
【００１１】
一方、特許文献２に記載のシール構造では、軸体（ピストン）に設けられたシール材とハウジング（シリンダ）との圧接を流体圧によって調整できるようになっている。したがって、シール状態を容易に解除することができ、シール構造も容易に分解することができる。しかしながら、このような構造には、摺動抵抗を低下させる効果はなく、むしろ摺動抵抗は増加してしまう。
【００１２】
また、非特許文献１には、シール材を空気などの流体圧により膨張させて対象物に密着させ、シール性を確保する技術が開示されている。この技術は、特許文献２に記載のシール構造と同様に、シール材の取り付けが容易な技術ではあるが、図６に示すようなシール構造に適用することは困難である。
【００１３】
そこで本発明は、シール材と軸体との間での摺動の発生を抑制するとともに、シール材の取り付けおよび取り外しを容易にするシール構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した目的を達成するために、本発明のシール構造は、第１のハウジングと、第１のハウジングに取り外し可能に固定された第２のハウジングとから構成され、第１のハウジングと第２のハウジングとを貫通する貫通孔が形成されたハウジングと、貫通孔に挿通された軸体と、軸体の周りに装着された弾性変形可能な環状のシール材であって、軸体の外周面と、貫通孔の、第１のハウジングでの内周面部分および第２のハウジングでの内周面部分とに圧接されて保持され、弾性変形した状態でハウジング内に収容されたシール材と、を有し、軸体とハウジングとの間に、軸体が軸方向に沿って往復移動することに伴うシール材の弾性変形を許容する逃げ空間が形成され、シール材は、軸体の往復移動時に軸体との接触面がその軸体と共に移動するように変形可能に構成されている。
【発明の効果】
【００１５】
以上、本発明によれば、シール材と軸体との間での摺動の発生を抑制するとともに、シール材の取り付けおよび取り外しを容易にするシール構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるシール構造を示す概略断面図、および、そのシール構造に用いられるシール材を示す概略断面図である。
【図２】軸体が軸方向に往復移動したときの、図１（ａ）に示すシール構造の概略断面図である。
【図３】図１（ｂ）に示すシール材の変形例を示す概略断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態におけるシール構造を示す概略断面図である。
【図５】軸体が軸方向に往復移動したときの、図４に示すシール構造の概略断面図である。
【図６】従来のシール構造を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００１８】
［第１の実施形態］
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態におけるシール構造を概略的に示す断面図であり、軸体の軸方向に沿った断面を示している。図１（ｂ）は、本実施形態のシール構造に用いられるシール材の概略断面図であり、リング状のシール材の軸方向に沿った断面を示している。
【００１９】
本実施形態のシール構造１は、軸体２と、軸体２の周りに装着される環状のシール材３と、軸体２とシール材３とを収容するハウジング１０とを有している。
【００２０】
ハウジング１０は、上部ハウジング（第１のハウジング）１１と、下部ハウジング（第２のハウジング）１２とから構成されている。上部ハウジング１２は、流路あるいは弁側筐体に固定され、下部ハウジング１２は、固定ねじ１３によって、上部ハウジング１１に取り外し可能に固定されている。ハウジング１０には、上部ハウジング１１および下部ハウジング１２を貫通する貫通孔１４が形成され、軸体２が、この貫通孔１４に挿通されている。貫通孔１４の内周面には、上部ハウジング１１と下部ハウジング１２との境界（周方向）に沿って、断面がＶ字状の溝１５が形成されている。溝１５の一方の側面は、上部ハウジング１１の、下部ハウジング１２との境界部分に形成されたテーパ面から構成され、他方の側面は、下部ハウジング１２、上部ハウジング１１との境界部分に形成されたテーパ面から構成されている。
【００２１】
本実施形態のシール材３は、弾性変形可能な材料で形成され、図１（ｂ）に示すように、断面が円形の中空の環状部材である。シール材３は、溝１５の両側面と軸体２の外周面とに圧接されて保持され、断面が三角形状に弾性変形した状態でハウジング１０内に収容されている。これにより、軸体２とハウジング１０との間のシール性が確保されるだけでなく、第１のハウジング１１と第２のハウジング１２との間のシール性も確保される。
【００２２】
本実施形態では、貫通孔１４の開口径が軸体２の直径に対して比較的大きいため、軸体２の外周面と貫通孔１４の内周面との間には十分な隙間１６が形成されている。この隙間１６は、軸体２が軸方向に往復移動することに伴うシール材３の弾性変形を許容する逃げ空間として機能する。以下、この隙間（逃げ空間）１６の効果について説明する。
【００２３】
図２は、本実施形態のシール構造において、軸体が軸方向に沿って往復移動したときのシール材の変形動作を示す図である。
【００２４】
軸体２が流体の方向（上部ハウジング１１の方向）へ移動すると、シール材３は、軸体２の動きに連動して、上部ハウジング１１の方向へ変形しようとする。このとき、軸体２と上部ハウジング１１との間に隙間１６が形成されていることで、シール材３は、隙間１６内へと進入するように変形することができる。同様に、軸体２が流体から離れる方向（下部ハウジング１２の方向）へ移動する際には、シール材３は、軸体２の動きに連動して、軸体２と下部ハウジング１２との間の隙間１６内へと進入するように変形することができる。
【００２５】
このとき、シール材３は、弾性変形可能な中空の部材（図１（ｂ）参照）として形成されているため、軸体２が軸方向に往復移動する際に、軸体２との接触を維持したまま、すなわち軸体２との接触面が軸体２と共に移動するように変形することができる。言い換えれば、軸体２の往復移動に伴って変形する際に、シール材３と軸体２との接触部分が常に一定となり、これにより、軸体２とシール材３との間で摺動が生じないようにすることができる。
【００２６】
このように、本実施形態のシール構造では、軸体が軸方向に沿って往復移動する際に、シール材と軸体の外周面との接触を維持したまま、シール材を変形させることができる。その結果、軸体とシール材との間で摺動が発生することはない。これにより、シール材の摩耗を抑制することで、稼働時間の延長（長寿命化）を実現することができる。
【００２７】
一方、本実施形態によれば、下部ハウジングを上部ハウジングから取り外すことで、シール材の軸体に対する圧接を軽減することができる。これにより、シール材と軸体との間に逆に摺動を生じさせることができ、シール材の軸体に対する取り外しおよび取り付けを容易に行うことができる。また、本実施形態では、１つのシール材で、軸体とハウジングとの間だけでなく、上部ハウジングと下部ハウジングとの間もシールすることができる。このことは、軸体の交換時に作業時間を短縮するなど作業性の向上につながり、コスト削減にも効果がある。
【００２８】
なお、貫通孔の内周面に形成される溝は、本実施形態ではＶ字状の断面を有しているが、溝の、上部ハウジングに形成された壁面部分と、下部ハウジングに形成された壁面部分とが、シール材を圧接して保持するようになっていれば、他の断面形状も可能である。
【００２９】
また、本実施形態のシール材３は、図１（ｂ）に示すように、弾性変形可能な材料で形成された、断面が円形の中空の環状部材である。そのため、上述したように、軸体２が軸方向に沿って往復移動する際に、軸体２との間で摺動が生じることなく、軸体２と共に移動するように変形することができる。したがって、本実施形態のシール構造１に用いられるシール材の構成は、このような変形が可能な構成であれば、図１（ｂ）に示すものに限定されるものではなく、さまざまに変更可能である。図３は、そのようなシール材の変形例を示す断面図である。
【００３０】
図３（ａ）に示すシール材３ａは、図１（ｂ）に示すシール材３の円形断面を、軸方向に延びる長円形状または半月形状の断面に変更した変形例である。また、図３（ｂ）に示すシール材３ｂは、図１（ｂ）に示すシール材３を、より弾性率が低い材料で中実に形成した変形例である。また、図３（ｃ）に示すシール材３ｃは、図３（ａ）の変形例と同様に、図３（ｂ）に示すシール材３ｂの円形断面を、軸方向に延びる長円形状または半月形状の断面に変更した変形例である。
【００３１】
［第２の実施形態］
図４は、本発明の第２の実施形態におけるシール構造を概略的に示す断面図であり、軸体の軸方向に沿った断面を示している。図５は、軸体が軸方向に沿って往復移動したときの、図４に示すシール構造の概略断面図である。ここで、第１の実施形態と同じ部材については各図面に同じ符号を付し、説明は省略する。
【００３２】
本実施形態は、第１の実施形態に対して、ハウジングの構成を変更した変形例であり、具体的には、貫通孔とその内周面に形成された溝との構成を変更した変形例である。
【００３３】
本実施形態では、貫通孔２４の内周面に、上部ハウジング２１と下部ハウジング２２との境界（周方向）に沿って凹溝２５が形成されている。凹溝１２の一部は、上部ハウジング２１の、下部ハウジング２２との境界部分に形成され、凹溝２５の残りの部分は、下部ハウジング２２の、上部ハウジング２１との境界部分に形成されている。シール材３は、凹溝２５の、上部ハウジング２１での底面部分および下部ハウジング２２での底面部分と、軸体２の外周面とに圧接されて保持され、断面が楕円形状に弾性変形した状態でハウジング２０内に収容されている。これにより、軸体２とハウジング２０との間のシール性が確保されるだけでなく、第１のハウジング２１と第２のハウジング２２との間のシール性も確保される。
【００３４】
弾性変形したシール材３は、凹溝２５内、すなわち凹溝２５の壁面と軸体２の外周面とによって形成された空間内に収容されている。したがって、本実施形態では、凹溝２５が、第１の実施形態の逃げ空間と同様の機能を有している。これに伴い、軸体２が軸方向に沿って往復移動したときのシール材３の変形動作は、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、第１の実施形態とは異なっているが、得られる効果は、以下のように第１の実施形態と同様である。
【００３５】
軸体２が流体の方向（上部ハウジング１１の方向）へ移動すると、シール材３は、軸体２の動きに連動して、上部ハウジング１１の方向へ変形しようとする。このとき、シール材３は、第１の実施形態と同様に、弾性変形可能な中空の部材であるため、軸体２との接触を維持しながら、すなわち軸体２との間で摺動を生じることなく、凹溝２５内で回転移動するように変形することができる（図５（ａ）参照）。同様に、軸体２が流体から離れる方向（下部ハウジング１２の方向）へ移動する際には、シール材３は、軸体２の動きに連動して、軸体２との間で摺動を生じさせないように、凹溝２５内で変形して回転移動することができる。
【００３６】
また、本実施形態でも、下部ハウジング２２を上部ハウジング２１から取り外すことで、シール材３を容易に取り外すことができる。
【００３７】
なお、本実施形態のシール構造に用いられるシール材の構成は、第１の実施形態と同様に、さまざまに変更可能であり、例えば、本実施形態のシール材として、図３に示すようなシール材を用いることができる。
【符号の説明】
【００３８】
１  シール構造
２  軸体
３，３ａ，３ｂ，３ｃ  シール材
１０，２０  ハウジング
１１，２１  上部ハウジング
１２，２２  下部ハウジング
１４，２４  貫通孔
１５  溝
１６  隙間
２５  凹溝
【図１】
2013064482.tif 000003
【図２】
2013064482.tif 000004
【図３】
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【図４】
2013064482.tif 000006
【図５】
2013064482.tif 000007
【図６】
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